JP6904749B2 - Pmモータの検出回転角度の補正方法、およびpmモータの検出回転角度の補正装置 - Google Patents
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Description
PMモータは一般に、ロータ磁極角度に応じてステータ電流の位相、振幅を制御するベクトル制御で駆動される。そのため、ロータ磁極角度を検出する必要がある。ロータ磁極角度検出のためにロータにレゾルバ等の回転角度センサを設けるが、回転角度センサの取付公差や出力誤差などにより、検出角度とロータ磁極角度にずれが生じた場合、PMモータの出力や制御性が低下する可能性がある。
また、駆動電流の減少量を検出しているため、時間変動が大きくなり、検出される駆動電流の減少量が安定しないという課題がある。
PMモータを構成するロータの磁極角度と、回転角度センサによって検出された検出回転角度とのずれを補正するPMモータの検出回転角度の補正方法であって、
前記PMモータに所定の回転数指令値および所定のトルク指令値を与える第1の手順と、
与えられた回転数指令値およびトルク指令値に追従するように、前記PMモータをベクトル制御により駆動し、所望の回転数、トルクを出力したときに生成されるd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかを検出する第2の手順と、
予め取得されたd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかと、前記回転角度センサの検出回転角度ずれとの関係に基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを求める第3の手順と、
求められた前記回転角度センサの検出回転角度ずれに基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを補正する第4の手順と、
を実施することを特徴とする。
[第1実施形態]
[1]ハイブリッドシステム1の構成
図1には、本発明の実施形態に係るハイブリッドシステム1が示されている。ハイブリッドシステム1は、エンジン2、油圧ポンプ3、油圧シリンダ3A、発電モータ4、インバータ5、キャパシタ6、旋回モータ7、上部旋回体8、コントローラ12、操作レバー13、およびマルチモニター14を備える。
エンジン2は、油圧ポンプ3および発電モータ4の駆動源となる。油圧ポンプ3は、電動旋回ショベルの作業機を構成する油圧シリンダ3Aに作動油を供給する。油圧シリンダ3Aは、油圧ポンプ3から作動油の供給を受けて、伸長、縮退し、作業機を構成するブーム、アーム、バケットを駆動する。
インバータ5は、発電モータ4により発電された電力を変換し、キャパシタ6に蓄電したり、旋回モータ7に電力を供給する。インバータ5は、昇圧器9、発電モータドライバ10、および旋回モータドライバ11を備える。
昇圧器9は、キャパシタ6の電圧を発電モータ4、旋回モータ7を駆動するための系統電圧Vdcに昇圧する。キャパシタ6は、電動旋回ショベルの動作状況に応じて、昇圧器9を介して発電モータ4、旋回モータ7への駆動電力の供給、および回生電力の蓄電を行う。旋回モータ7は、上部旋回体8の制動時の回生電力を、昇圧器9を介してキャパシタ6に供給する。
発電モータドライバ10は、発電モータ4を駆動する回路であり、発電モータ4により発電された交流電圧を、直流電圧に変換する。
旋回モータ7は、誘導コイルを含むステータ7Aおよび永久磁石を含むロータ7B(図2参照)を備えたPMモータにより構成され、電動旋回ショベルの上部旋回体8を駆動させる。
マルチモニター14は、操作スイッチおよび表示部を備える。表示部には、エンジン2の燃料残量、冷却水温等の状態、油圧ポンプ3における作動油温度や、たとえば発電モータ4、キャパシタ6、旋回モータ7の温度状態の代表値が表示される。マルチモニター14の操作スイッチを操作すると、旋回モータ7の調整モード、トルクリミットの設定が可能となる。
次に、上部旋回体8の操作を受け付け、旋回モータへ電力の供給を制御する旋回モータドライバ11と、コントローラ12に関する説明を行う。
図2には、旋回モータドライバ11と、コントローラ12と旋回モータ7の構造が示されている。
旋回モータドライバ11は、6つのスイッチング素子となるInsulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)から構成され、発電モータドライバ10または昇圧器9から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、旋回モータ7のU相、V相、W相に供給、またはU相、V相、W相からの交流電圧を直流電圧に変換する。
ベクトル制御部60Vは、モータの電気角度と、旋回モータ7を駆動する電流指令を受け付け、旋回モータドライバ11へ各相を駆動する指令を出力する。ベクトル制御部60Vは、d軸電圧指令値生成部64D、およびq軸電圧指令値生成部64Qと、d軸非干渉制御演算部65D、q軸非干渉制御演算部65Qと、第1座標変換部66と、第2座標変換部67と、第3座標変換部68と、第4座標変換部69とを備える。コントローラ12における各処理は処理部12Aにて行われる。
モータ回転数指令生成部61は、旋回モータ7の回転数指令値N*を生成する。具体的には、モータ回転数指令生成部61は、油圧ショベルの操作レバー13のパイロット圧から、レバー開度を取得し、回転数指令値N*に変換する。
モータ回転数指令生成部61で生成された回転数指令値N*は、フィードバック回転数Nとの差分がとられ、回転数偏差ΔNが求められ、回転数偏差ΔNは、トルク指令生成部62に入力される。フィードバック回転数Nについては、後程詳述する。
トルク指令生成部62で生成されたトルク指令値T*は、電流指令値生成部63に入力される。電流指令値生成部63は、トルク指令値T*と、旋回モータ7のフィードバック回転数Nに基づいて、d軸電流指令値id *およびq軸電流指令値iq *をそれぞれの指令値生成部に組み込まれたテーブルを参照し取得する。
同様に、q軸電流指令値iq *は、電流センサ16で検出されたiu、iwに基づくフィードバック電流値iqとの差分が取られ、差分がq軸電圧指令値生成部64Qに入力される。
q軸電流は主にモータトルクを発生させ、d軸電流は主にロータ7Bの回転により発生する誘起電圧を抑制する働きをする。一般に、d軸電流には負の電流を流すことで誘起電圧を抑制する。
q軸電圧指令値生成部64Qは、入力されたq軸電流指令値iq *に基づいて、PI制s御により電圧指令値を算出する。
d軸非干渉制御演算部65Dは、旋回モータ7のq軸インダクタンスに電流が流れることでできる磁束が回転することで発生する誘起電圧を想定し、相殺する電圧を算出する。
q軸非干渉制御演算部65Qは、旋回モータ7のd軸インダクタンスに電流が流れることでできる磁束と永久磁石磁束の合成磁束が回転することで発生する誘起電圧を想定し、相殺する電圧を算出する。
Vd *=ΔidKp+ΔidKi/s−ωeLqiq *・・・(1)
最終的なq軸電圧指令値Vq *は、PI制御によって算出された電圧指令値と非干渉制御によって算出された予測電圧との和をとって下記式(2)で与えられる。
Vq *=ΔiqKp+ΔiqKi/s+ωeLdid *+ωeΨa・・・(2)
なお、式(1)および式(2)において、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲイン、Lqはq軸のインダクタンス、Ldはd軸のインダクタンス、ωeは電気角速度演算部70により演算された回転速度であり、Ψaは誘起電圧係数である。
算出された電圧指令値Vd *および電圧指令値Vq *は、第1座標変換部66に入力される。また、d軸電圧指令値生成部64D、q軸電圧指令値生成部64Qは、後述する角度ずれ補正部120に電圧指令値を出力する。
第2座標変換部67は、第1座標変換部66で変換された二相固定座標系の電圧指令値Vα *、Vβ *を、三相固定座標系の電圧指令値Vu *、Vv *、Vw *に座標変換を行う。
変換された電圧指令値Vu *、Vv *、Vw *は、旋回モータドライバ11に入力され、旋回モータドライバ11は、電圧指令値Vu *、Vv *、Vw *と系統電圧Vdcとに基づいて、旋回モータ7のU相、V相、W相に印加する電圧を決定し、駆動回路を構成するスイッチング素子を駆動する。旋回モータドライバ11の駆動により旋回モータ7のU相、V相、W相に電流iu、iv、iwが流れる。
第4座標変換部69は、二相固定座標系の検出電流値iα、iβを、回転座標系のフィードバック電流値id、iqに変換する。この二相固定座標から回転座標への変換は、レゾルバ15の検出回転角度θeをもとにしたインバータ座標系で実施される。
電気角速度演算部70は、レゾルバ15により検出された回転角度θeの時間微分をとって、電気角回転速度ωeを演算する。
モータ回転数換算部71は、電気角回転速度ωeに基づいて、旋回モータ7のフィードバック回転数Nに換算する。
次に、前述したコントローラ12におけるレゾルバ15の検出回転角度とロータ7Bの磁極角度のずれによって生じる問題点について説明する。
操作レバー13を左右に操作して、旋回モータ7を左右にそれぞれの方向に十分旋回させた場合で説明を行う。
まず、旋回モータ7に実際に流れるモータ電流から求められるq軸、d軸それぞれに流れるモータ電流id_M、iq_Mはロータ磁極角度を基準とした座標系で表現される。この座標系をモータ座標系と呼ぶことにする。レゾルバ15の検出回転角度とロータ7Bの磁極角度の角度ずれのないモータでは、モータへの電流指令値とモータ電流が一致し(id_M=id *、iq_M=iq *)、理想的なモータ制御が可能になる。
しかしながら、レゾルバ15の検出回転角度θeとロータ磁極角度にずれがあるモータでは、モータへの電流指令値とモータ電流が一致せず(id_M≠id *、iq_M≠iq *)指令通りの旋回トルクが発生することが出来なくなる。以下で詳細を説明する。
図4においては、一点鎖線でモータ座標系、実線でインバータ座標系として、角度ずれがある場合とない場合における指令電流値id *、iq *と、ドライバ電流id_D、iq_Dと、モータ電流id_M、iq_Mの関係を表す。
図4(A)に示すように、ロータ磁極角度とレゾルバ15の検出回転角度が一致していれば、モータ座標系とインバータ座標系は一致し、id_M=id_D=id *、−iq_M=−iq_D=−iq *となり、電流指令値生成部63から出力されるd軸電流指令値id *およびq軸電流指令値iq *通りの電流をモータに流すことができる。
一方、図4(C)に示すような左方向旋回では,モータ座標系とインバータ座標系間に生じた4degのずれによって、トルク電流は|iq_M-L|>|iq_D|=|iq *|となり、q軸電流指令値iq *よりも大きなトルク電流が流れ、旋回トルクが大きくなる。
また、左回転の場合、指令電流値よりも誘起電圧抑制電流値が大きく(正側にシフト)、およびトルク電流値の絶対値も大きくなるため、旋回モータ7に発生する誘起電圧が上昇し、系統電圧Vdcとの差が小さくなり、モータ制御が困難になり、レゾルバ15を取り付ける場合の取り付け精度を上げるなどのコストアップや、高電圧規格への仕様変更が必要となる。
レゾルバ15の検出回転角度とロータ磁極角度にずれが生じていると、レゾルバ15の検出回転角度を基準に制御を行っているコントローラ12では、電流指令値iq *、id *通りの電流を流していると認識しているにも拘わらず、ロータ磁極角度を基準とする旋回モータ7にはモータ電流値iq-err、id-errが流れることとなる。そのため、旋回モータ7で発生する誘起電圧とコントローラ12で算出する非干渉制御項にずれが生じる。
d軸予測電圧項およびq軸予測電圧項のこの過不足量は、PI制御項における積分項によって補償されることとなる。すなわち、検出回転角度ずれに応じて、式(1)においてΔidKi/sで表されているd軸電圧指令値積分項Vd-I、式(2)においてΔiqKi/sで表されているq軸電圧指令値積分項Vq-Iが変化することとなる。
定義上、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdの間にはLq>Ldの関係があるので、検出角度に応じた変化量はVd-I>Vq-Iとなるため、検出回転角度のずれθerrと、d軸電圧指令値積分項Vd-Iとの関係を見ればよい。
次に、レゾルバ15の回転位置を少しずらして、意図的に検出回転角度にずれを生じさせ、同じようにd軸電圧指令値積分項Vd-Iを検出すれば、レゾルバ15の検出回転角度のずれθerrの分、d軸電圧指令値積分項Vd-Iが変化する。これを、レゾルバ15の検出回転角度のずれθerrと、d軸電圧指令値積分項Vd-Iとのグラフにプロットしていけば、図5に示すように、比例関係を示すテーブルが得られる。なお、図5に示すグラフは、コントローラ12の記憶部12Bにテーブルとして記憶してもよく、比例式として記憶してもよい。
したがって、予めレゾルバ15の回転角度のずれに応じたd軸電圧指令値積分項Vd-Iの値を計測しておけば、d軸電圧指令値積分項Vd-Iを検出するだけで、一義的に検出回転角度のずれθerrを把握することができる。
次に、レゾルバ15の検出回転角度の補正方法を、図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、コントローラ12は、検出回転角度の補正値θoffsetをクリアする(手順S1)。
計測対象となる旋回モータ7に上部旋回体8の代わりとなる負荷を与える負荷モータを接続する。具体的には、旋回モータ7に、図示しない外部から電力が供給され、旋回モータ7よりも大きなトルクを発生できる負荷モータを接続し、負荷モータを回転数N1で回転させる(手順S2)。
具体的には、トルク指令生成部62は、回転数指令値N1s *と回転数N1の偏差をもとにトルク指令値T1s *を算出し、さらにトルクリミット指令値T1L *と比較してトルク指令値T*を決定する。回転数指令値N1s *と回転数N1の偏差が大きくなるように回転数指令値N1s *を設定することで、トルク指令値T1*をトルクリミット指令値T1L *に設定することができる。なお、このとき、トルク指令生成部62は、負荷モータに対しトルクリミット指令値T1L *より大きなトルクを発生させて駆動させる。旋回モータ7はトルクT1を出力するが、負荷モータの方が大きなトルクで駆動できるので、旋回モータ7の回転数N1は一定となる。また、回転数N1は高速領域、トルクT1は大トルク領域が、図5に示したd軸電圧積分項Vd-Iと検出回転角度のずれθerrの傾きが大きくなり、最も補正条件に適している。
この状態で、角度ずれ算出部125は、d軸電圧指令値積分項Vd-Iを所定のサンプリング時間Tsampleだけ検出し、平均d軸電圧指令値積分項Vd-Iaveを取得する(手順S4:第2の手順)。サンプリング時間は補正実行可否判定部122によって予め規定しておけばよく、サンプリング時間とともにモータの回転数、指令トルクを条件としてもよい。
補正要否判定部126は、得られた検出回転角度のずれθerrが、所定の閾値θa内に入っているか判定する(手順S6)。
補正要否判定部126にて検出回転角度のずれθerrが、所定の閾値θa内に入っていないと判定された場合(S6:No)、検出角度補正部128は、角度補正演算値θcalに基づいて補正値θoffsetを+θcalに書き換え(手順S7)、その後、手順S3に戻り、手順S3からS6を繰り返す。これにより、補正要否判定部126にて検出回転角度のずれθerrが、所定の閾値θa内にはいっていると判定されるまで、補正値θoffsetの再補正を行う。角度補正演算値θcalは、検出回転角度のずれθerrに基づいて与えられる補正演算値で、θcal=θerrとする。ここで、角度補正演算値θcalは、検出回転角度のずれθerr以下の一定値あるいはθerrに0から1のゲインを乗算した値としてもよい。
最後に、検出角度補正部128は、補正値θoffsetを記憶部12Bに保存し(手順S9)、補正処理を終了する。
以後、図2を参照すると、レゾルバ15で検出される検出回転角度θeに、補正値θoffsetを加えた角度(θe+θoffset)を検出回転角度として取り扱う(第4の手順)。補正された検出回転角度は各種指令値の演算に用いられる。
また、検出回転角度θeを、補正値θoffsetで補正することにより、旋回モータ7の左右方向の回転動作を同じにすることができるため、旋回モータ7を電動旋回ショベルに搭載した際、オペレータが操作しても、違和感を生じさせることもない。
さらに、検出回転角度θeを、補正値θoffsetで補正しているため、一方の回転方向の誘起電圧抑制電流値idおよびトルク電流値iqが上昇することがなく、PMモータ駆動回路6Aの制御が困難となることもなく、高電圧規格への仕様変更等も行う必要がない。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、その説明を省略する。
前記第1実施形態のレゾルバ15の検出回転角度の補正方法では、旋回モータ7の片方向の回転のみで補正値θoffsetを求めていた。
これに対して、本実施形態のレゾルバ15の検出回転角度の補正は、2種類の回転数指令値およびトルク指令値を与え、旋回モータ7を一方向に回転させてd軸電圧指令値積分項Vd-Iを検出した後、旋回モータ7を反対方向に回転させてd軸電圧指令値積分項Vd-Iを検出する。このとき、取得したd軸電圧指令値積分項Vd-Iに対する検出回転角度のずれの関係に基づいて、角度ずれ算出部125にて補正値θoffsetを取得する。この点が第1実施形態と相違する。
本実施形態の補正方法を、図7のフローチャートに基づき説明する。
手順S3が終了したら、角度ずれ算出部125は、補正実行可否判定部122が規定するモータの回転数が許容回転数以内で、指令トルクが許容トルク内である場合をサンプリング可能条件として、d軸積電圧指令値分項Vd-I_Rをサンプリング時間Tsampleだけ取得し、メモリに保存する(手順S11)。
旋回モータ7を停止した後、負荷モータを回転数−N1で回転させる(手順S12)。
続けて、トルク指令生成部62は、旋回モータ7に、トルク−T1を出力する(手順S13)。
角度ずれ算出部125は、補正実行可否判定部122におけるモータの回転数が許容回転数以内で、指令トルクが許容トルク内である場合をサンプリング可能条件として、d軸電圧指令値積分項Vd-I_Lをサンプリング時間Tsampleだけ取得し、メモリに保存する(手順S14)。
角度ずれ算出部125は、検出回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iとのテーブルに基づいて、検出回転角度のずれθerrを求める(手順S16)。
ここで、検出回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iのテーブルは、次のようにして求められる。
次に、同じ検出回転角度のずれθerrにおける関係G1と関係G2の差分を求めれば、図9に示すように、検出回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iの関係を与えるテーブルを求めることができる。
このような本実施形態によれば、補正時の温度による旋回モータ7の特性の変化や、電流センサ16の公差の影響を受け、d軸電圧指令値積分項Vd-1の値がシフトしたとしても、いずれも同じ方向にずれるため、差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iに影響はない。
補正要否判定部126において、検出回転角度のずれθerrが閾値θa内に入っていないと判定された場合(S17:No)、検出角度補正部128は、角度補正演算値θcalに基づいて補正値θoffsetを+θcalに書き換え(手順S18)、手順S3からを繰り返す。
一方、補正要否判定部126にて検出回転角度のずれθerrが閾値θa内に入っていると判定されたら(S17:Yes)、トルク指令生成部62は、旋回モータ7および負荷モータを停止し(手順S19)、検出角度補正部128は、補正値θoffsetの記憶部12Bに保存し(手順S20)、補正処理を終了する。
次に、第3実施形態について説明する。
前述した第1実施形態および第2実施形態では、電動旋回ショベルに搭載する前の旋回モータ7を、負荷モータに接続し、レゾルバ15の検出回転角度の補正を行っていた。
これに対して、本実施形態では、旋回モータ7を、電動旋回ショベルに搭載した状態でレゾルバ15の検出回転角度の補正を行う点が相違する。具体的には、第3実施形態では、旋回モータ7にギアを介して上部旋回体が接続された状態で補正を行う。
また負荷モータを用いない実施形態の為、旋回モータ7の駆動状態に基づき補正実行可否判定部122は、補正を行うために適正なモータ駆動状態であるかの判定を行う。本実施形態における補正実行可否の判断として、サンプリング時間Tsampleの期間に、回転数NC *が、NC *±ΔNCの範囲に収まり、かつトルクTC *±ΔTCの範囲に収まることを条件とする。
オペレータは図示しない走行レバーを操作し、電動旋回ショベルの車体を平地に移動し、旋回が可能な姿勢を取る(手順S21)。
電動旋回ショベルの旋回姿勢は、電動旋回ショベルのブーム、アーム、およびバケットを、上部旋回体8側に最も接近させた状態でも、ブーム、アーム、およびバケットが上部旋回体8から離れた状態でもよい。
次に、オペレータは、マルチモニター14のコントロールパネルを操作し、検出回転角度のずれθerrを補正する調整モードに入る(手順S22)。
トルクリミット値の設定に際しては、図11に示すように、トルクと回転数を段階的に上げていき、出力限界カーブであるトルクリミットカーブ上の最適なトルクリミット指令値Tc *、回転数指令値Nc *を探索する。トルクリミット指令値Tc *、回転数指令値Nc *を適切に設定することにより、トルクリミット指令値Tc *通りの出力トルクで旋回モータ7を加速させることができる。
角度ずれ算出部125は、d軸電圧指令値積分項Vd-I_Rが検出できたか否かを判定する(手順S25)。
補正実行可否判定部122におけるd軸電圧指令値積分項Vd-I_Rを取得可能か否かの判定は、図12に示すように、サンプリング時間Tsampleの期間に、回転数NC *が、NC *±ΔNCの範囲に収まり、かつトルクTC *±ΔTCの範囲に収まることを条件とする。
サンプリング条件を満たし、d軸電圧指令値積分項Vd-I_Rが取得できる場合(S25:Yes)、角度ずれ算出部125は、許容回転数、許容トルク内でd軸電圧指令値積分項Vd-I_Rをサンプリング時間Tsampleだけ取得し、メモリに保存する(手順S26)。
右旋回操作と同様に、補正実行可否判定部122におけるd軸電圧指令値積分項Vd-I_Lを検出可能か否かを判定する(手順S28)。
サンプリング条件を満たさず、d軸電圧指令値積分項Vd-I_Lが検出できない場合(S28:No)、手順S23に戻り、トルクリミット値のセットをやり直す。
サンプリング条件を満たし、d軸電圧指令値積分項Vd-I_Lが検出できた場合(S28:Yes)、角度ずれ算出部125は、許容回転数、許容トルク内でd軸電圧指令値積分項Vd-I_Lをサンプリング時間Tsampleだけ取得し、メモリに保存する(手順S29)。
角度ずれ算出部125は、第2実施形態と同様に、検出回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iとの関係を規定するテーブルに基づいて、検出回転角度のずれθerrを求める(手順S31)。
補正要否判定部126は、求められた検出回転角度のずれθerrが、所定の閾値内に入っているか判定する(手順S32)。
一方、補正要否判定部126が、求められた検出回転角度のずれθerrが所定の閾値内に入っていると判定した場合(S32:Yes)、検出角度補正部128は、角度補正値θoffsetを記憶部12Bに保存し(手順S33)、調整モードのフローを終了する。
オペレータは、マルチモニター14のコントロールパネルを操作し、調整モードを終了する(手順S34)。
また、第1実施形態の場合のように、負荷モータ等の別途の設備を用いることなく、簡易にレゾルバ15の検出回転角度の補正を行うことができる。
また、左右の旋回動作をさせることにより、第2実施形態のように補正時の温度による旋回モータ7の特性の変化や、電流センサ16の公差の影響を受け難い補正を実現できる。なお、電動旋回ショベルを水平な場所に移動できない場合でも、車体に設けられた水平センサ等を用いて補正することが可能である。本実施形態における電圧指令値積分項はd軸の指令値を用いているが、q軸の指令値を用いてもよい。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述の第3実施形態では、旋回モータ7を、電動旋回ショベルに搭載した状態で、旋回モータ7の検出回転角度の補正を行っていた。
これに対して、本実施形態では、図13に示すように、駆動モータ7および補助モータ7Sを、電動駆動ホイールローダー50に搭載して状態で、駆動モータ7および補助モータ7Sの検出回転角度の補正を行う点が相違する。
図13には、本実施形態の電動駆動ホイールローダー50の駆動系の模式図が示されている。電動駆動ホイールローダー50は、エンジン2と、油圧ポンプ3と、発電モータ4と、発電モータドライバ10と、昇圧器9と、キャパシタ6と、駆動モータドライバ11Vと、補助モータドライバ11Sと、駆動モータ7と、補助モータ7Sと、コントローラ53と、クラッチ54と、駆動軸55と、タイヤ56とを備える。
エンジン51の駆動軸には、油圧ポンプ52および発電モータ4の回転軸に接続される。油圧ポンプ52は、電動駆動ホイールローダー50の図示しない作業機の油圧源であり、斜板・斜軸等の容量可変手段を有する可変容量式の油圧ポンプである。
発電モータドライバ10、駆動モータドライバ11V、補助モータドライバ11S、および昇圧器9は、それぞれが電力線を介して接続される。コントローラ53からの指令に基づき、発電モータドライバ10は発電モータ4との電力の授受、駆動モータドライバ11Vは駆動モータ7との電力の授受、補助モータドライバ11Sは補助モータ7Sとの電力の授受、昇圧器9はキャパシタ6との電力の授受を行う。
また、コントローラ53は、クラッチ54に指令を出力し、駆動モータ7の出力軸と駆動軸55との接続および切離しを行う。
補助モータ7Sには、レゾルバ15Sが設けられ、レゾルバ15Sで検出された補助モータ7Sのロータ7Bの検出回転角度は、補助モータドライバ11Sにフィードバックされる。
前述した電動駆動ホイールローダー50において、レゾルバ15、15Sの検出回転角度の補正を行う場合、図14および図15に示すフローチャートにしたがって行う。なお、以下の説明では、駆動モータ7のレゾルバ15の検出回転角度ずれの補正方法を説明するが、補助モータ7Sのレゾルバ15Sの検出回転角度のずれの補正も同様にして行うことができる。
次に、シフトレバーを前進方向の速度段に操作し、駆動モータ7を前進方向に駆動させる(手順S37)。
角度ずれ算出部125は、駆動モータ7を前進方向に駆動させた状態で、d軸電圧指令値積分項Vd-Iをサンプリング時間Tsampleだけ検出する(手順S38)。
d軸電圧指令値積分項Vd-I(前進)が検出できない場合(S39:No)、手順S37からを繰り返す。
角度ずれ算出部125は、d軸電圧指令値積分項Vd-I(前進)が検出できた場合、(S39:Yes)、d軸電圧指令値積分項Vd-I(前進)を取得し(手順S40)、メモリに保存する。
角度ずれ算出部125は、駆動モータ7を後進方向に駆動させた状態で、d軸電圧指令値積分項Vd-Iをサンプリング時間Tsampleだけ検出する(手順S42)。
角度ずれ算出部125は、d軸電圧指令値積分項Vd-I(後進)が検出できたか否かを判定する(手順S43)。
d軸電圧指令値積分項Vd-I(後進)が検出できない場合(S43:No)、手順S41からを繰り返す。
d軸電圧指令値積分項Vd-I(前進)が検出できた場合、(S43:Yes)、d軸電圧指令値積分項Vd-I(後進)を取得する(手順S44)。
角度ずれ算出部125は、回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iのテーブルに基づいて、検出回転角度のずれθerrを求める(手順S46)。なお、検出回転角度のずれθerrと差分d軸電圧指令値積分項ΔVd-Iのテーブルは、第2実施形態と同様のテーブルを使用することができる。
補正要否判定部126は、求められた回転角度のずれθerrが、所定の閾値内に入っているか判定する(手順S47)。
補正要否判定部126における回転角度のずれθerrが、所定の閾値内に入っていないと判定された場合(S47:No)、検出角度補正部128は、角度補正演算値θcalに基づいて補正値θoffsetを+θcalに書き換え(手順S48)、手順S37からの手順を繰り返す。
一方、補正要否判定部126における回転角度のずれθerrが、所定の閾値内に入っていると判定された場合(S47:Yes)、検出角度補正部128は、補正値θoffsetを記憶部12Bに保存し(手順S49)、調整モードのフローを終了する。
このような本実施形態によっても、前述した作用および効果と同様の作用および効果を享受できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、d軸電圧指令値Vd *のd軸電圧指令値積分項Vd-Iに基づいて、回転角度のずれを求めていたが、これに限らず、q軸電圧指令値Vq *のq軸電圧指令値積分項Vq-Iに基づいて、検出回転角度ずれを求めてもよく、さらには双方の積分項に基づいて、検出回転角度ずれを求めてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な手順については、本発明の目的を達成できる範囲で他の手順等を採用してもよい。
Claims (7)
- ベクトル制御されるPMモータを構成するロータの磁極角度を、回転角度センサによって検出された検出回転角度とのずれを補正するPMモータの検出回転角度の補正方法であって、
前記PMモータに所定の回転数指令値および所定のトルク指令値を与える第1の手順と、
与えられた回転数指令値およびトルク指令値に追従するように、前記PMモータをベクトル制御により駆動し、所望の回転数、トルクを出力したときに生成されるd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかを取得する第2の手順と、
予め取得されたd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかと、前記回転角度センサの検出回転角度ずれとの関係に基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを求める第3の手順と、
求められた前記回転角度センサの検出回転角度ずれに基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度を補正する第4の手順と、を実施することを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - 請求項1に記載のPMモータの検出回転角度の補正方法において、
前記第3の手順は、d軸電圧指令値の積分項と、前記回転角度センサの検出回転角度ずれとの関係に基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを求めることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - 請求項1または請求項2に記載のPMモータの検出回転角度の補正方法において、
前記第1の手順は、互いに回転方向の異なる2種類の回転数指令値およびトルク指令値を与え、
前記第2の手順は、異なる回転数指令値およびトルク指令値について、所望の回転数、トルクを出力したときの、それぞれの回転方向のd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかを検出し、
前記第3の手順は、異なる回転方向のd軸電圧指令値の積分項の差およびq軸電圧指令値の積分項の差の少なくともいずれかを算出し、算出されたd軸電圧指令値の積分項の差、およびq軸電圧指令値の積分項の差の少なくともいずれかと、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを求めることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のPMモータの検出回転角度の補正方法において、
前記第1の手順は、所定の回転数指令値に対して、前記PMモータの出力限界未満のトルク指令値を与えることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のPMモータの検出回転角度の補正方法において、
前記第1の手順は、前記PMモータの出力限界カーブ上の回転数指令値およびトルク指令値を与えることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - 請求項5に記載のPMモータの検出回転角度の補正方法において、
前記第1の手順は、所定の回転数指令値に対して、低いトルク指令値から高いトルク指令値を段階的に与えることで、前記PMモータの出力限界カーブ上の回転数指令値およびトルク指令値を探索して与えることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正方法。 - ベクトル制御されるPMモータを構成するロータの磁極角度を、回転角度センサによって検出された検出回転角度とのずれを補正するPMモータの検出回転角度の補正装置であって、
前記PMモータに所定の回転数指令値を与えるモータ回転数指令生成部と、
前記PMモータに所定のトルク指令値を与えるトルク指令生成部と、
与えられた回転数指令値およびトルク指令値に追従するように、前記PMモータを駆動し、所望の回転数、トルクを出力したときに生成されるd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の少なくともいずれかを取得し、予め取得されたd軸電圧指令値の積分項およびq軸電圧指令値の積分項の少なくともいずれかと、前記回転角度センサの検出回転角度ずれとの関係に基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度ずれを求める角度ずれ算出部と、
求められた前記回転角度センサの検出回転角度ずれに基づいて、前記回転角度センサの検出回転角度を補正する検出角度補正部と、
を備えていることを特徴とするPMモータの検出回転角度の補正装置。
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